中国水利水电第四工程局有限公司勘测设计研究院 青海西宁 810007
摘要：本文主要介绍白鹤滩水电站地下工程控制网布设与施测的全过程，并对关键步骤进行叙述；总结了在白鹤滩水电站地下控制测量作业的步骤、注意事项、出现的问题以及解决办法
关键词：白鹤滩；地下控制网；洞室
1 工程简介
白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，距巧家县城40km，距昆明约260km，距西昌约180km。上接乌东德梯级，下邻溪洛渡梯级，距离乌东德水电站182km、溪洛渡水电站195km。白鹤滩水电站以发电为主，兼顾防洪，并有拦沙、改善下游航运条件和发展库区通航等综合利用效益，是西电东送骨干电源之一。电站总装机容量16000MW，多年平均发电量602.41 亿Kw•h，保证出力5100MW，正常蓄水位为825.0m，水库总库容206.02 亿m3。枢纽工程主要由混凝土双曲拱坝、二道坝及水垫塘、泄洪洞、引水发电系统等建筑物组成。混凝土双曲拱坝坝顶高程834.0m，最大坝高289.0m，坝身布置有6孔泄洪表孔和7孔泄洪深孔；泄洪洞共3条，均布置在左岸；左、右岸地下厂房各布置8台单机容量1000MW的水轮发电机组。
2 施测目的
白鹤滩水电站采用地下式厂房结构，由发电进水口、压力管道、主副厂房、主变洞、尾水调压室及尾水管检修闸门室、尾水隧洞、尾水隧洞检修闸门室、尾水出口等建筑物组成。为满足地下工程施工放样、隧洞开挖、形体检测、工程计量和复核、控制网点加密和扩展的需要，测量中心需要提供高精度控制网点成果作为测量基准，供各家施工和监理单位统一使用。
3平面、高程系统
白鹤滩水电站地下工程施工测量控制网坐标系统、高程系统与白鹤滩水电站首级施工测量控制网一致，平面坐标系统为白鹤滩独立坐标系，高程系统为1985国家高程基准，边长投影面高程为680m。
图一（控制网点位布置图
4控制网点布设
地下工程施工测量平面网以附合导线形式布设，并增设辅助导线，以增加闭合条件，提高控制网强度和点位精度、可靠性。白鹤滩地下工程施工测量控制网布设在左岸交通洞（或施工支洞）内，左右岸导线连接成网，均起、闭于地面二等平面控制网点。
左岸主导线，以上游地面控制点BⅡ25、SG02为起始边，从DX14至DX36，附合至下游地面控制点SG21、SG22，全长约4.6km，共布设导线点23个，全部为强制对中混凝土观测墩。
左岸辅导线，以下游地面控制点SG22、SG35为起始边，从DX40至DX50，附合到主导线DX20上，导线全长2.1km，共布设导线点13个，全部为强制对中混凝土观测墩。
右岸主导线，以上游地面控制网SG26、SG02为起始边，从DX51至DX79，附合至下游地面网控制点SG21、SG22，全长约4.4km，共布设导线点28个点，全部为强制对中混凝土观测墩。
右岸辅导线，以主导线上DX59为起点，从DX80至DX93，附合到SG36、SG35，导线全长2.4km，共布设导线点14个，全部为混凝土强制对中观测墩。具体布置情况见控制网点位布置图，如图一。
图二（强制对中观测墩）
5 控制点埋设
平面施工测量控制网统一埋设为具有强制对中装置的混凝土观测墩。观测墩建于基岩或混凝土面，当覆盖层较厚时，开挖深度不小于1m。对于洞内观测墩，为了防止撞毁和减少对道路交通的影响，将其修建在交通洞两侧的排水沟上，并在观测墩基座下面设置排水通道，保证水流畅通。强制对中标盘埋设时必须用水平尺多方向置平，盘面底部与混凝土连接密实，不得有空隙，盘面顶部与观测墩顶面混凝土平齐，观测墩拆模后用砂浆抹面，并涂刷白色油漆或防水涂料，喷写点名及保护警示文字，如图二。
6控制网观测
施工测量控制网外业数据采集使用徕卡TM30（0.5″级）智能全站仪自动观测，按二等导线技术要求观测（如表一），水平角、天顶距、边长同步观测，每测站都进行左右角观测，左角6测回，右角6测回，共12测回。
表一 方向观测法技术要求
洞内观测时，测站和镜站都要配备照明灯具，测站、镜站都要配备协助照明人员。选择良好的观测时间，采用人工洒水降尘、通风排烟的方式增加能见度，并尽量利用施工间歇且通视良好的时间段观测，必要时限制车辆通行，停止大型机械设备运转，为观测提供良好条件。
当洞内烟尘大、空气质量差、观测出现频频超限时，应停止观测，等观测条件改善后再进行观测。
由于洞内环境比较特殊，温度、湿度变化比较大，为提高精度，可将全站仪内气压、温度、相对湿度等各项参数设置为标准值。设置后仪器显示的气象PPM和几何PPM均为0，然后使用干湿温度计、气压计、湿度计对每个测站的温度、气压、湿度进行观测，手工记录，供后期数据处理编制气象参数文件使用。
仪器（棱镜）对中、整平后，在仪器两侧分别量取仪器（棱镜）高，取平均值记录，并输入仪器中。观测开始时读取一次气温、气压和湿度，并记录，一个测站观测完成后，再次读取气温、气压和湿度，并记录。当仪器从洞外高温环境转入洞室，或从地下洞室转到洞外，温度骤变时，应等温度稳定后再进行观测。露天观测时，温度、气压计、湿度计要放在阴凉处，不可直接暴露在阳光下。
地下控制网观测过程中，为了减少对施工作业和生产进度的影响，各洞室爆破开挖、出渣运输均正常进行，造成观测条件比较差，数据超限比较严重，各个作业面又分属不同的施工单位，协调难度大，这样就大大增加了外业观测的困难程度。
洞室开挖爆破以后，为了降低交叉作业和空气质量差的影响，需要联系建设部、施工局、交通武警等采取通风、降尘，必要时暂停施工作业、暂停出渣运输等措施；由于烟尘大、洞内车流量多，补测的次数多达十几次，从四月底《白鹤滩工程地下测量控制网技术设计方案》通过专家组的评审开始，到八月初发布《白鹤滩地下工程施工测量控制网成果》，总共历时三个月才完成此项工作。
7控制网起闭点误差检校
导线起算闭合点稳定可靠性检验，与观测值误差检验是控制网观测数据预处理的重要环节，是衡量观测数据质量的主要手段。
对导线起算、闭合联系网中5条实测边长与坐标反算边长进行了比较（如下表所示），相差最大的边是SG26～SG02，差值 1.3mm，其他各边相差均小于1mm，说明导线起算、闭合点是可靠稳定的（表二）
表二 导线起算边、附合边可靠性检验计算表
8 平差计算
8.1观测数据预处理
（1）观测数据下载：徕卡TM30采用存储卡的记录方式，将存储卡中的数据传输到电脑指定文件夹下。（2）编制气象参数文件：将记录本中的气象数据编制成规定格式的气象参数文件。（3）运行数据预处理软件：软件自动调用外业观测数据和气象参数文件，检查各项限差是否合格，并以测站为名生成Excel外业观测手薄和平差软件所需的高程网、平面网平差数据文件。
平差计算：选择上表中的数据作为起算数据，使用武汉大学的科傻平差软件，对平面网、三角高程网分别平差，并用清华山维平差软件进行校核。
8.2平面网平差
平面网平差使用科傻平差软件，调用TM30数据预处理软件生成的平面平差文件，按以下步骤进行：
（1）进行图形闭合差计算，若图形闭合差超限，要查找原因，必要时要对超限图形所涉及的测站进行重测或补测；（2）对观测数据进行粗差探测，如果观测值中存在粗差，要查找原因，核对原始观测数据，必要时要对超限方向或测站进行重测或补测；（3）进行方差分量估算，经方差分量估算，可得到控制网观测的测角单位权中误差，若单位权中误差超限，则说明控制网观测
（4）平差计算，可调用经粗差探测和方差估算后由平差软件重新生成的IN2文件进行平差计算，平差计算完成后，形成方向值平差成果表、边长观测值平差成果表、坐标平差值成果表，以及单位权中误差、每个待定点点位中误差、最弱点点位中误差，最弱边的边长相对中误差等精度指标，用来衡量控制网观测的 整体精度和待定点点位精度。
8.3 三角高程网平差计算
三角高程网平差使用科傻平差软件，调用TM30数据预处理软件生成高程文件，按以下步骤进行：
（1）进行图形高差闭合差计算，若图形闭合差超限，要查找原因，必要时要对超限图形所涉及的测站进行重测或补测；（2）平差计算，平差计算完成后，形成观测高差平差成果表、高程平差值成果表，以及每km高差观测的单位权中误差、每个点的高程中误差等精度指标，用来衡量待定点高程精度和控制网天顶距、边长观测质量重要依据。
9精度分析
对本次控制网的观测精度和平差精度分析如下表三所示
表三 观测数据精度
根据各边边长相对中误差计算得平均边长相对中误差为1：215662。最弱边为DX45～DX46，位于左岸辅导线中端，最弱边方位角中误差为1.59″，边长中误差0.7mm，边长相对精度1：103000，如表四所示。
表四. 最弱边及其精度
表五. 最弱平面点位中误差 
表六. 最弱高程点位中差
表七. 平差结果精度指标
通过表七分析，该控制网的后验单位权测角中误差、最弱边边长相对中误差、平均边长相对中误差、最弱点位中误差、平均点位中误差、最弱高程中误差、平均高程中误差均满足《水电水利工程施工测量规范DL/T 5173-2012》中三等平面网精度和三等光电测距三角高程精度要求，完全满足目前施工测量的精度要求。
10 控制网特点及施测难点
10.1特点
（1）布网覆盖范围大，涉及洞室多：左岸导线网覆盖3#公路交通洞、303#交通洞、进厂交通洞、左厂房南、北侧交通洞、5#交通洞等；右岸导线网覆盖4#公路交通洞、厂顶南、北侧交通洞、右岸尾水管检修闸门室、右岸下游围堰施工支洞等，整个控制网覆盖洞室多达12条，覆盖面积达464万平方米。（2）网内点位多，线路长：为了保证施工作业的方便性和控制网的精度，每两个控制点之间相距保持在150m左右，整个控制网新增设80个强制观测墩，全部线路长13.9公里，左、右岸组网观测，增设附合条件，保证地下控制网统一基准。（3）施测时间久：由于布网范围大，穿过的洞室多，线路长，从2014年4月底控制网布网方案通过专家组评审后开始施测到2014年8月发布测量成果报告历时近4个月。
10.2难点
（1）布网难度大：根据现场施工的需要，因必须保证网形的精度，稳定性，以及要覆盖到整个地下工程，还要兼顾考虑现场施工干扰。经过多次现场踏勘及方案优化，历经2个多月，终于通过专家评审。（2）洞内环境差：地下洞室内烟尘大，能见度低，为保证观测的精度和作业人员的安全性，需要积极协调交通、施工等相关单位进行通风、降尘、对洞内交通进行临时管制，保证施测工作顺利开展。（3）施工干扰大：地下洞室环境错综复杂，各种作业面交叉作业部位较多，施工车辆多，受烟尘或渗水的影响，目镜中观测到的施测目标抖动，增加照准误差。
针对以上特点及难点，逐一分析、逐个克服，最终取得了满意的结果。
11 结束语
白鹤滩水电站是目前世界上在建的最大的水电站工程，地下工程更是重中之重。本着对工程建设质量高度负责的态度，为了达到三等控制网的要求，从方案制定、现场踏勘、合理布局，精心观测，严密平差等每一步工作都经过多次论证。从成果来看本网绝对满足目前洞室开挖、砼衬砌、质量检测等对施工测量的需求，同时也统一了各施工局、监理单位之间的坐标系统，为以后复杂洞室群的控制测量提供了借鉴作用。
论文作者:李小飞
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/17
标签：误差论文; 高程论文; 导线论文; 精度论文; 边长论文; 白鹤论文; 测量论文; 《基层建设》2018年第23期论文;